高能球磨法在納米材料研究中的應用

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1、綜述耐火材料/NAIHUOCAILIAO2002,36(4)240～242高能球磨法在納米材料研究中的應用□韓兵強李楠武漢科技大學耐火材料與高溫陶瓷湖北省重點實驗室武漢430081摘要對高能磨(HEM)的工作原理和特點進行耳譜等來進行監(jiān)控。了總結。在此基礎上,對HEM法在納米級非金屬超硬材料、陶瓷、金屬基陶瓷復合材料以及晶體結2應用構的相變等材料研究領域內的應用作了歸納,并提2.1納米級非氧化物超硬材料的制備出了目前存在的問題和今后的研究方向。Yao等人[2]用石墨和六方BN粉末在HEM中關X鍵詞納米材料,陶瓷,高能磨,機械力化學粉磨120h得到無定形的立方BN固體,然后于

2、800～900K下熱處理,再淬火至室溫,最后得到了具有[1]高能球磨法一經出現,就成為制備納米材料金剛石結構的立方BN固溶體。該固溶體是一種的一種重要途徑。隨著研究的不斷深入,它不僅被高能相,原來只有在30GPa、2000K的條件下才能廣泛用來制備新金屬材料,而且被用來制備非晶材合成,它的晶格常數為0.3587nm,晶粒尺寸大約10料、納米材料及陶瓷材料等,成為材料研究領域內～50nm。一種非常重要的方法。2.2納米級金屬-陶瓷復合體的制備目前,用HEM制備納米金屬-陶瓷復合體的1工作原理研究有很多。文獻[3]報道了Al-Al2O3復合材料HEM法和傳統(tǒng)方法不太相同,它靠磨

3、機的轉的合成,即先用HEM制備出Al-Al2O3前驅體,其動或振動使介質對粉體進行強烈的撞擊、研磨和攪顆粒尺寸約在20～110nm內,然后在Ar-0.5%H2拌,把粉體粉碎成納米級粒子。HEM最早用于合的混合氣氛中于1400℃燒結。燒結試樣分為3個金系統(tǒng)的研究,現在被廣泛用于金屬基、陶瓷基復區(qū):1)表面致密、燒結良好的區(qū);2)多孔復合體構成合材料的制備以及晶體結構的研究。的區(qū);3)具有可變組成和特性的變化區(qū)?？拷砻鎱^(qū)域的顯微硬度達270VHN,中部顯微硬度達100HEM機的工作形式和攪拌磨、振動磨、行星磨[4]～200VHN。另外,用HEM還制備了Si-TiN、Cu的有所

4、不同,它是攪拌和振動兩種工作形式的結合[5][6]-TiN、WC和Co-WC。(也有人把行星磨歸為高能磨)。HEM機的攪拌器和2.3納米級陶瓷粉末的制備研磨介質是高速旋轉體和易磨損部件,因此對上述HEM法也是制備陶瓷粉末的一個非常重要的兩部件的材質要求極高。在HEM機的粉磨過程中,[7]方法。Muroi等在室溫下,以La2O3、CaO、MnO2、需要合理選擇研磨介質(不銹鋼球、瑪瑙球、碳化鎢Mn3O4為原料,通過控制氧含量制得平均粒徑為10球、剛玉球、聚氨酯球等)并控制球料比、研磨時間和nm的La0.7Ca0.3MnO2粉末。氧含量通過改變MnO2合適的入料粒度。HEM機的

5、粉磨時間往往很長,達與Mn3O4的比例來調整。文獻[8]報道了納米級幾十甚至上百個小時,體系發(fā)熱很大,因此還要采取WC-MgO陶瓷復合材料的制備情況,實驗將Mg、C降溫措施。有時,為滿足氣氛要求尚需通入Ar、N2等粉和WO3混在一起在HEM(Ar氣氛)中粉磨,反應氣體。因此,導致高能磨機結構復雜,粉磨效率不高。球磨原料一般選擇微米級的粉體或小尺寸、條X韓兵強:男,1973年生,博士研究生。帶狀碎片,球磨過程中,不同時間球磨粉體的顆粒尺收稿日期:2001-10-22寸、成分和結構的變化可以通過XRD、電鏡、穆斯堡修回日期:2002-03-18編輯:柴俊蘭2402002/4耐火

6、材料/NAIHUOCAILIAO[11]過程如下:1)大約0.5h后,WO3和C粉嵌入Mg中Welham用高能球磨對Ta-Ni原礦和石墨的混形成粗糙的復合粉末;2)粉磨時間增加到6h時,合粉進行預粉磨活化處理,碳熱反應溫度從1000Mg形成新鮮表面,有很高的還原能力,容易和WO3℃降低到700℃,在1000℃下只需要1h就可完全反應;3)12h時,WO3被Mg還原成金屬W;4)24～反應,而未經預粉磨的混合粉在1000℃下僅有輕48h時,W和C粉發(fā)生固相反應生成WC-MgO。微的反應。文獻[12]研究了球磨對碳熱還原氮化最后在1963K、真空、19.6～38.2MPa壓力下

7、,進行法制備氮化鋁粉末的作用,表明經球磨處理的粉料離子活化燒結。所得材料的相對密度可達99.5%,反應溫度大大降低,反應程度有較大提高。球磨產晶粒尺寸小于50nm。此方法為制造具有超硬、高生的機械力化學作用是促進碳熱還原反應的主要斷裂強度等性質的復合材料提供了一條很好的途原因。徑。5存在問題和今后的研究方向3高能球磨法對晶體結構的影響HEM具有許多突出的優(yōu)點,但是也有許多缺對于陶瓷材料,傳統(tǒng)粉磨理論認為,研磨作用點,如:(1)產品粒度分布不均勻,易于引進雜質,的主要目的是減小顆粒尺寸,改變顆粒形狀,使不粉料的分散和